Urządzenie mikrocieczowe do wykrywania komórek nowotworowych
Komórki nowotworowe często rozsiewają się z miejsca pierwotnej zmiany lub przerzutu poprzez krwiobieg. Możliwość identyfikacji i zliczania takich komórek nowotworowych w krwiobiegu (CTC) podczas badania krwi pacjentów miałaby ogromne znaczenie diagnostyczne i terapeutyczne. Jednakże z racji niewielkiej częstości ich występowania wymagane są urządzenia mikrocieczowe do detekcji i filtrowania CTC z krwi. Zadaniem finansowanego przez UE projektu BIOMEDMICROFLUIDICS (Modelling and optimization of microfluidic devices for biomedical applications) było opracowanie takich urządzeń z zastosowaniem rygorystycznych technik optymalizacji. Badacze opracowali narzędzie do symulacji komputerowej złożonych procesów zachodzących wewnątrz urządzeń mikrocieczowych. Model uwzględniał różne zjawiska komórkowe, w tym dynamikę cieczy, oddziaływania między cieczą a strukturą, ruchy poszczególnych komórek i ich zderzenia ze sobą nawzajem. Naukowcy wzięli też pod uwagę podczas projektowania modelu różnice w elastyczności wynikające z biologii komórek i ich właściwości mechanicznych. Modelowano również adhezję wynikającą z wiązań receptor-ligand, która jest uzależniona od sztywności takich wiązań. Wykorzystano ten model do analizy kilku typów urządzeń mikrocieczowych, a w szczególności ich zdolności do wychwytu rzadkich CTC. Badacze oceniali wpływ hematokrytu na trajektorie CTC i stwierdzili, że w gęstych populacjach prawdopodobieństwo adhezji komórek było znacznie ograniczone. Ponadto, aby zminimalizować uszkodzenia komórek, niezbędna jest kontrola ich odkształceń. W tym celu oznaczano ilościowo uszkodzenia poprzez pomiar stężenia wapnia wewnątrz komórek, co stanowi marker ich aktywacji. Włączono ten model obliczeniowy do pakietu naukowego typu open-source, udostępnionego nieodpłatnie do użytku dla społeczności naukowej. Długoterminowo wdrożenie uzyskanego modelu będzie użyteczne nie tylko w diagnozie, lecz również opracowywaniu spersonalizowanych terapii dostosowywanych w czasie rzeczywistym do liczby CTC.
